CN1081132C - 喷墨头的加热元件的形成方法及其结构 - Google Patents

Abstract

本发明为一种喷墨头的加热元件的形成方法及其结构，在加热元件的电阻层上形成导电层时，选用粘附性较差的光阻层，或先形成牺牲层，并涂敷光阻层，除去牺牲层，再以湿蚀刻制作出导线图案，使导线边缘在与电阻层接触处形成平滑的斜面，能使加热元件在加热时，在导线和电阻层接连处形成较平缓的热梯度，以避免喷墨头在使用过程中在频繁的热循环下造成对连接处的破坏的问题，能延长喷墨头的寿命。

Description

喷墨头的加热元件的形成方法及其结构

本发明涉及一种喷墨头(printhead)的加热元件的形成方法及其结构，特别涉及一种适用于喷墨打印机(inkjet printer)且具有斜角导线层的喷墨头加热元件的制作过程及其结构。

现今喷墨打印机的使用已相当普遍，它具有可提供高质量的打印，体积小、可携带以及打印快速、无噪音等特点。其中，喷墨头是控制墨滴喷出的装置，表面上形成有排成阵列的喷孔(orifice)，每一个喷孔都对应配置一喷出装置(ejector)，喷孔与喷出装置之间形成墨水室(chamber)，其利用通道(channel)的连接能不断由墨水匣(reservoir)导入墨水补充，喷墨原理是通过在喷墨室内瞬间形成压力，使墨滴从喷孔推出来进行打印。

对于一种drop-on-demand的热式(thermal)喷墨打印机而言，其气泡式喷墨头是采用电阻加热元件来完成喷墨。请参照图1的示意图，它表示一种传统的喷墨头剖面构造图：在一基板10上形成有一介电层12，介电层12上形成有一电阻层14，之后，再在部分电阻层14上形成一导电层16，并形成一保护层18于未被导电层16覆盖的电阻层14及导电层16上，再形成一外隔层20于保护层18上，最后涂附上粘合剂，以便固定粘贴具有喷孔的一喷嘴片22。

喷墨头在接受由打印机传来的打印信息后，决定是否产生一电流脉冲(current plus)传送至加热元件。电流由导电层16导入流经电阻层14，在此产生急剧的高温将墨水汽化，墨水蒸气的快速膨胀将墨滴由喷孔排出，可使得在一秒钟内有五万次的墨滴形成。

由此可知，通入的大电流(大于10⁶amp/cm²)在流过导电层16末端与电阻层14的连接处，将产生极大的物理性质的变化。以图1的传统结构看来，其导电层16边缘与电阻层14的相接面，不但不连续而且为相当陡峭的相接面，若考虑两接面间形成的热应力，导电层16与电阻层14之间形成的热梯度(thermal gradient)将为不连续的断面，热应力会相当大，加上喷墨头的加热元件需经历高频率的持续热循环(thermalcycle)，因此，更容易产生对导电层边缘与电阻层接触处的破坏，最后便是造成整个喷墨头的失效。

因此，本发明的目的在提供一种喷墨头的加热元件的形成方法，使加热元件中的导电层与电阻层相接的边缘形成具有斜角的平滑斜面，以增进所制作出的喷墨头的质量。

本发明的另一目的在提供一种喷墨头的加热元件的结构，用以加热墨水室的墨水从喷墨头的喷孔排出。

根据上述本发明的目的，提供一种喷墨头的加热元件的制作过程为：依次在一硅基板上形成一二氧化硅的介电层，一以溅镀(sputtering)法所形成的钽化铝电阻层，一以溅镀法所形成的铝导线，使导线的边缘与电阻层的连接处形成一斜角介于10°-45°的平滑斜面。产生具有此斜角的铝导线图案有两种方式：其一是在用微影技术在铝金属层涂敷光阻层时，选用粘附性较差的光阻材料，使得后续采用湿蚀刻技术作罩幕蚀刻时，不但没有光阻遮罩的铝金属层会被蚀刻掉，且有光阻遮罩的铝金属层边缘的部分区域同样也会被蚀刻掉而形成所要的斜角导线图案；其二是以一种牺牲层的方法(lift-off)，先在部分铝金属层上形成一氧化物的牺牲层后、再上光阻、而后除去牺牲层，如此在原有光阻遮罩的部分导线上，光阻与导线间将形成因移去牺牲层所产生的间隙，如此在后续的罩幕湿蚀刻时，便会形成所要的斜角导线图案。

本发明的喷墨头的加热元件的结构，包含能产生热量以加热墨水室的墨水使其由喷孔排出的电阻层，以及以上述方法所制作的导电层，其与电阻层连接的边缘形成一斜角介于10°-45°的平滑斜面，可提供一信号以控制电阻层将墨水加热汽化从喷孔喷出。

本发明的基板为一硅基板。

在该基板上形成电阻层之前，可在基板上先形成一介电层。

该介电层为由一热氧化法所形成的一二氧化硅层。

该电阻层为一铝化钽层，形成的该电阻层厚度约为3000～8000。

该电阻层由溅镀法形成。

该导电层为一铝金属层，形成的该导电层厚度约为3000～8000。

该导电层由溅镀法形成。

该牺牲层为一氧化物层，形成的该牺牲层厚度约为1000～10000。

本发明的有益效果是，通过本发明的方法和结构，能使加热元件在加热时，电流由导线通入电阻层，在导线和电阴层连接处形成较平缓的热梯度，以避免喷墨头在使用过程中在频繁的热循环下造成对连接处破坏的问题，从而延长喷墨头寿命。

为让本发明的目的、特征、和优点能更明显易懂，下文特举一较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

图1为已知的一种喷墨结构的剖面示图。

图2A-2E为本发明喷墨头的加热元件的一较佳制造流程实施例。

图3A-3G为本发明喷墨头的加热元件的另一较佳制造流程实施例。

图4、5分别为传统的与本发明的喷墨头的加热元件通入电流后产生的热梯度的图示，其中X轴为位置，Y轴为温度。

请参照图2A-2E，它表示本发明一较佳实施例的制作过程的步骤的示意图，包含：

图2A中，提供一基板10，例如为一硅基板(substrate)，并在基板10上形成一介电层(dielectric layer)12，例如是以热氧化法(thermaloxidation)所形成的一二氧化硅(SiO2)层。

图2B中，在介电层12上形成一电阻层(resistive layer)14，例如是以溅镀法所形成的一铝化钽(TaAl)层，形成的较佳厚度是介于3000～8000A。此电阻层14作为喷墨头的加热元件的薄膜电阻。

图2C中，在电阻层14上形成一导电层(conductive layer)15，例如是以溅镀法所形成的一铝(Al)金属层，形成的较佳厚度是介于3000～8000A。

图2D中，在导电层15上形成一光阻层(photoresist layer)19，主要选用的光阻层19需与导电层15有较差的粘附性(adhesion)。

图2E中，以光阻层19为罩幕进行对导电层15的蚀刻，采用湿蚀刻(wetetching)的方式蚀刻掉未被光阻层19遮罩的部分导电层15。由于上述选用的光阻层19与导电层15间的附着性不是很好，因此在进行湿蚀刻时，蚀刻液在蚀刻掉未有光阻遮罩的导电层的同时，将会侵入导电层15与光阻层19之间，进而蚀刻掉部分有光阻层所遮罩的导电层，而且在愈靠近导电层与光阻层相接的边缘地带，蚀刻液能不断补充，而愈深入导电层与光阻层相接的内部，蚀刻液不能即时补充，在更深入的内部，蚀刻液便无法进入，因此，在适当时间控制下，再将光阻层19去除，便能产生如图的导线层16图案。之后，再继续后续的制作过程便得以形成喷墨头。

形成的导线层16在其边缘与电阻层14连接处形成一斜角为θ，θ角例如为介于10°～45°的平滑斜面，与图1所形成的传统喷墨头结构相比较，其加热元件中的导线层16边缘与形成为近似垂直的边墙有极大的不同。

对于图1的已知导线结构来说，当通入一电流脉冲，电流由导线层16传输至电阻层14，使电阻层14瞬间产生高温加热墨水，由于导线层16边缘与电阻层14相连的位置形成陡峭的落差，为极大的不连续面，使电流导入电阻层14后产生的高温，将在此连接处形成相当大的一热梯度(thermal gradient)，结果便如图4所示。

比较上述本发明的较佳实施例所形成的加热元件，图2E中的导线层16在其边缘与电阻层接连处为一平滑的斜面，因此电流在经由导线层16传入电阻层14时，是以一较平缓的方式导入，其热梯度的图示如图5。

因此，可明显得知，本发明形成边缘具有斜角的导线层将可避免喷墨头在使用中频繁的热循环下产生对接连处的破坏，进而增进喷墨头的质量。

以下再举另一较佳的实施例步骤，如图3A-3G所示，用一种牺牲层的方法(litf-off)，同样也能形成如图2E的喷墨头加热元件中具有斜角导线层的结构。

其中图3A-3C的过程与前述图2A-2C相同，不再赘述。

图3D中，在部分导电层15上形成一牺牲层17，例如为一厚度约为1000～10000的氧化物层。目的是使后续形成的光阻层19与导电层15间形成间隙。

图3E中，在部分导电层15及牺牲层17上形成光阻层19，此时选用的光阻材质，不需如前述实施例中那样必须具有与导电层15较差的粘附性。

图3F中，将牺牲层17去除，使光阻层与导电层15间形成所要的间隙21。

图3G中，以光阻层19为罩幕进行对导电层15的蚀刻，同样以湿蚀刻(wetetching)的方式蚀刻掉未被光阻层19遮罩的部分导电层15。不同于前述实施例，本实施例特别以一lift-off的方法在光阻层19底部缘与导电层15间形成间隙21，因此在湿蚀刻进行时，蚀刻液当然会渗入间隙内蚀刻掉未有光阻层遮罩的导电层，而且由于间隙不是很大(即为牺牲层的厚度)，同样地在愈靠近导电层与光阻层的边缘地带，蚀刻液能不断补充，而愈深入导电层与光阻层相接的内部，蚀刻液不能即时补充，因此，在适当时间控制下，便能制作出如图的导线层16图案。之后，同样可经由后续的过程步骤以形成喷墨头。

与前述实施例中利用选用的光阻层与导电层间粘附不佳的特性，使蚀刻液能渗入光阻层与导电层之间相比，本实施例更能确保蚀刻液在较短时间内完成较佳的导线层图形，相对之下，也要采用较多的处理步骤。

根据上述两实施例的过程步骤，可获得本发明欲实现的喷墨头加热元件的结构，如图3G所示，加热元件为喷墨头的喷出装置的一部分，能加热介于喷墨头与喷孔间形成的墨水室的墨水，使墨水汽化后由喷墨头的喷孔排出，加热元件包含上述所形成的电阻层14，可产生热量以加热墨水室的墨水使其由喷孔排出；还包括上述所形成的导线16，其与电阻层14连接的边缘形成一斜角介于10°～45°的平滑斜面，可提供一信号以控制电阻层14加热，将墨水蒸发汽化从喷孔喷出。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内所作的改进和替换，应被视为属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于至少包括下列步骤：

提供一基板；

在该基板上形成一电阻层；

在该电阻层表面形成一导电层；以及

定义该导电层形成一导线图案，使该导线边缘与该电阻层连接处形成一斜角介于10°～45°的平滑斜面。

2.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于该基板为一硅基板。

3.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，在该基板上形成电阻层之前，可在基板上先形成一介电层。

4.如权利要求3所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，该介电层为由热氧化法所形成的一二氧化硅层。

5.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，该电阻层为一铝化钽层。

6.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，形成的该电阻层厚度约为3000～8000。

7.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，该电阻层由溅镀法形成。

8.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，该导电层为一铝金属层。

9.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，形成的该导电层厚度约为3000～8000。

10.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，该导电层由溅镀法形成。

11.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，定义该导电层形成该导线图案可包括下列步骤：

在该导电层表面涂敷一光阻层；以及

湿蚀刻该导电层，

通过控制该光阻层与该导电层间的粘附性，使该导电层蚀刻后形成该导线图案。

12.如权利要求1所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，定义该导电层形成该导线图案可包括下列步骤：

在部分该导电层上形成一牺牲层；

在该牺牲层与该导电层表面涂敷一光阻层；

去除该牺牲层；以及

湿蚀刻该导电层以形成该导线图案。

13.如权利要求12所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，该牺牲层为一氧化物层。

14.如权利要求12所述的喷墨头的加热元件的形成方法，其特征在于，形成的该牺牲层厚度约为1000～10000。

15.一种喷墨头的加热元件结构，其特征在于，它在一基板上形成，用以加热基板上方墨水室的墨水使其由喷孔排出，至少包括：

一电阻层，用以产生热量以加热该墨水室的墨水由该喷孔喷出；以及

一导电层，与该电阻层连接的边缘形成一斜角介于10°～45°的平滑斜面，用以提供一信号以控制该电阻层将墨水加热汽化从该喷孔喷出。

16.如权利要求15所述的喷墨头的加热元件结构，其特征在于，该电阻层为一铝化钽层。

17.如权利要求15所述的喷墨头的加热元件结构，其特征在于，该电阻层厚度约为3000～8000。

18.如权利要求15所述的喷墨头的加热元件结构，其特征在于，该导线层为一铝金属层。

19.如权利要求15所述的喷墨头的加热元件结构，其特征在于，该导电层厚度约为3000～8000。

Images